第3章 第2节 第1课时 DNA的结构（课件）-高一下学期生物人教版必修2.pptx

1、 第第3章章 基因的本质基因的本质 第第2节节 DNA的结构的结构生物学必修2 遗传与进化（人教版）第第1课时课时 DNA的结构的结构导入新课（情境引入）导入新课（情境引入）DNA双螺旋结构的揭示是划时代的伟大发现，在生物双螺旋结构的揭示是划时代的伟大发现，在生物学的发展中具有里程碑式的意义。弄清楚学的发展中具有里程碑式的意义。弄清楚DNA的结构以及的结构以及测定测定DNA的序列等应用了很多高科技技术，的序列等应用了很多高科技技术，DNA双螺旋双螺旋结构的揭示也说明了科学和技术是相互支持、密不可分的。结构的揭示也说明了科学和技术是相互支持、密不可分的。在确信在确信DNA是生物体的遗传物质后，人

2、们更加迫切地是生物体的遗传物质后，人们更加迫切地想知道：想知道：DNA是怎样储存遗传信息的？是怎样储存遗传信息的？又是怎样决定生又是怎样决定生物性状的？要回答这些问题，首先需要弄清楚物性状的？要回答这些问题，首先需要弄清楚DNA的结构。的结构。导入新课（科学史引入）1868年，化学家米歇尔首次从残留在伤残患者绷带年，化学家米歇尔首次从残留在伤残患者绷带上的人体细胞中分离出核酸；生物化学家列文发现核酸上的人体细胞中分离出核酸；生物化学家列文发现核酸可分为核糖核酸（可分为核糖核酸（RNA）与脱氧核糖核酸（）与脱氧核糖核酸（DNA）；艾）；艾弗里通过肺炎链球菌转化实验证明，弗里通过肺炎链球菌转化实验

3、证明，DNA具有传递遗传具有传递遗传信息的功能；信息的功能；1952年，赫尔希和他的助手蔡斯以年，赫尔希和他的助手蔡斯以T2噬菌噬菌体为实验材料，采用放射性同位素标记技术，证明了体为实验材料，采用放射性同位素标记技术，证明了DNA是遗传物质。是遗传物质。导入新课（科学史引入）20世纪世纪50年代初，人们已普遍认同年代初，人们已普遍认同DNA是生物的遗是生物的遗传物质，是传物质，是DNA把遗传信息从亲代传递给子代。但是，把遗传信息从亲代传递给子代。但是，对于由碱基、脱氧核糖和磷酸组成的对于由碱基、脱氧核糖和磷酸组成的DNA分子为什么能分子为什么能够传递遗传信息，人们却感到困惑不解。科学家们一致够

4、传递遗传信息，人们却感到困惑不解。科学家们一致认为，认为，DNA的功能一定与其分子结构密切相关。因此，的功能一定与其分子结构密切相关。因此，解析解析DNA的分子结构具有非常重要的价值。的分子结构具有非常重要的价值。环节一：DNA双螺旋结构模型的构建 资料资料1 20世纪世纪30年代，科学界已经认识到：年代，科学界已经认识到：DNA是以是以4种脱种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链，这氧核苷酸为单位连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含有种脱氧核苷酸分别含有A、T、G、C 4种碱基。种碱基。资料资料2 研究蛋白质、研究蛋白质、DNA结构常用的方法是结构常用的方法是X射线晶体衍射射线晶体衍射法。美国加

5、州理工学院的鲍林及其同事用法。美国加州理工学院的鲍林及其同事用X射线衍射技术和分子射线衍射技术和分子模型的构建，率先解出了蛋白质的二级结构。模型的构建，率先解出了蛋白质的二级结构。环节一：DNA双螺旋结构模型的构建 资料资料3 1951年年1月，威尔金斯在一场关于月，威尔金斯在一场关于DNA的演讲上展示了两的演讲上展示了两张用张用X射线做的射线做的DNA衍射照片。二十出头的沃森便是听众之一。衍射照片。二十出头的沃森便是听众之一。资料资料4 1951年年10月，生物学家沃森与物理学家克里克合力推出了月，生物学家沃森与物理学家克里克合力推出了三股螺旋的三股螺旋的DNA结构，他们把磷酸排在内侧，含氮

6、碱基排在外侧。当结构，他们把磷酸排在内侧，含氮碱基排在外侧。当他们邀请威尔金斯和富兰克林前来观看时，被两人评价为他们邀请威尔金斯和富兰克林前来观看时，被两人评价为“一无是一无是处处”，并告知他们含氮碱基应该排列在内侧。，并告知他们含氮碱基应该排列在内侧。环节一：DNA双螺旋结构模型的构建 资料资料5 富兰克林发现提高空气的湿度，可以让富兰克林发现提高空气的湿度，可以让DNA的衍射图的衍射图谱发生转变，显然谱发生转变，显然DNA易吸收水分。所以她认为脱氧核糖核苷酸易吸收水分。所以她认为脱氧核糖核苷酸的亲水磷酸基团应该位于的亲水磷酸基团应该位于DNA的外侧，其余部分位于内侧。的外侧，其余部分位于内

7、侧。环节一：DNA双螺旋结构模型的构建 资料资料6 奥地利生物化学家查哥夫提供了一个关于奥地利生物化学家查哥夫提供了一个关于DNA 中碱中碱基数量的关键信息：在基数量的关键信息：在DNA中，腺嘌呤中，腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺的量总是等于胸腺嘧啶嘧啶（T）的量，鸟嘌呤的量，鸟嘌呤（G）的量总是等于胞嘧啶的量总是等于胞嘧啶（C）的量。的量。环节一：DNA双螺旋结构模型的构建 资料资料7 沃森和克里克让沃森和克里克让A与与T配对，配对，G与与C配对，构建出新的配对，构建出新的DNA模型。在这个模型中，碱基在双螺旋内部，脱氧核糖模型。在这个模型中，碱基在双螺旋内部，脱氧核糖磷酸骨架在外磷酸骨架在外

8、部，部，A与与T配对，配对，G与与C配对，配对，DNA两条链的方向是相反的。结果发现：两条链的方向是相反的。结果发现：AT碱基对与碱基对与GC碱基对具有相同的形状和直径，这样组成的碱基对具有相同的形状和直径，这样组成的DNA分子具有恒定的直径，能够解释分子具有恒定的直径，能够解释A、T、G、C的数量关系。当他们把的数量关系。当他们把这个用金属材料制作的模型与拍摄的这个用金属材料制作的模型与拍摄的X射线衍射照片比较时，发现模射线衍射照片比较时，发现模型与基于照片推算出的型与基于照片推算出的DNA双螺旋结构相符。双螺旋结构相符。环节一：DNA双螺旋结构模型的构建 资料资料8 1953年，沃森和克里

9、克撰写的年，沃森和克里克撰写的核酸的分子结构核酸的分子结构脱氧核糖核酸的一个结构模型脱氧核糖核酸的一个结构模型论文在英国论文在英国自然自然杂志上刊载，杂志上刊载，引起了极大的轰动。引起了极大的轰动。资料资料9 1962年沃森、克里克和威尔金斯三人因这一研究成果年沃森、克里克和威尔金斯三人因这一研究成果而共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。而共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。环节一：DNA双螺旋结构模型的构建1.DNA是由几条链构成的？是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构？它具有怎样的立体结构？2.DNA的基本骨架是由哪些物质组成的？的基本骨架是由哪些物质组成的？它们分别位于它们分别位于DNA的什么

10、部位？的什么部位？3.DNA中的碱基是如何配对的？中的碱基是如何配对的？它们位于它们位于DNA的什么部位？的什么部位？环节一：DNA双螺旋结构模型的构建沃森和克里克默契配合，揭示了沃森和克里克默契配合，揭示了DNA的双螺旋结构，是科学家合的双螺旋结构，是科学家合作研究的典范，在科学界传为佳话。他们的这种工作方式给予你作研究的典范，在科学界传为佳话。他们的这种工作方式给予你哪些启示？哪些启示？要善于利用他人的研究成果和经验；要善于与他人交流、合作，要善于利用他人的研究成果和经验；要善于与他人交流、合作，闪光的思想是在交流与碰撞中获得的；研究小组成员在知识背景闪光的思想是在交流与碰撞中获得的；研究

11、小组成员在知识背景上最好是互补的；对所从事的研究要有兴趣和激情；等等。上最好是互补的；对所从事的研究要有兴趣和激情；等等。环节二：DNA的结构（思路一）1.DNA的基本单位的基本单位脱氧核苷酸脱氧核苷酸环节二：DNA的结构（思路一）2.脱氧核苷酸长链脱氧核苷酸长链磷酸基团与相邻脱氧核苷酸的磷酸基团与相邻脱氧核苷酸的3-C连接形成磷酸二酯键。多连接形成磷酸二酯键。多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接形成个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接形成DNA分子的一条链。分子的一条链。环节二：DNA的结构（思路一）小组成员合作，模拟脱氧核苷酸之间的连接方式，小组小组成员合作，模拟脱氧核苷酸之间的连接方式，小组成员连

12、接成一条脱氧核苷酸长链。成员连接成一条脱氧核苷酸长链。环节二：DNA的结构（思路一）（1）观察队伍中各成员的方向，脱氧核苷酸长链是否具有方向性？）观察队伍中各成员的方向，脱氧核苷酸长链是否具有方向性？提示：每条脱氧核苷酸长链的一端有一提示：每条脱氧核苷酸长链的一端有一个游离的磷酸基团，由于磷酸基团连接个游离的磷酸基团，由于磷酸基团连接在脱氧核糖的在脱氧核糖的5-C上，因此这一端称为上，因此这一端称为5-端。长链的另一端有一个羟基，由于端。长链的另一端有一个羟基，由于羟基连接在脱氧核糖的羟基连接在脱氧核糖的3-C上，因此这上，因此这一端称为一端称为3-端。因此，脱氧核苷酸长链端。因此，脱氧核苷酸

13、长链就有了方向性，一端为就有了方向性，一端为5-端，另一端为端，另一端为3-端。端。环节二：DNA的结构（思路一）（2）同一条脱氧核苷酸链的相邻碱基之间由什么连接？）同一条脱氧核苷酸链的相邻碱基之间由什么连接？提示：同一条脱氧核苷酸链的相邻碱基之间由脱氧核糖、磷酸、提示：同一条脱氧核苷酸链的相邻碱基之间由脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖连接。脱氧核糖连接。环节二：DNA的结构（思路一）3.DNA的结构的结构（1）DNA是由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式是由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。盘旋成双螺旋结构。环节二：DNA的结构（思路一）（2）DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连

14、接，排列在外侧，中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。构成基本骨架；碱基排列在内侧。（3）两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基）两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对具有一定的规律：配对具有一定的规律：A（腺嘌呤）一定与（腺嘌呤）一定与T（胸腺嘧啶）（胸腺嘧啶）配对；配对；G（鸟嘌呤）一定与（鸟嘌呤）一定与C（胞嘧啶）配对。（胞嘧啶）配对。环节二：DNA的结构（思路一）双链双链DNA中有几个游离的磷酸基团？中有几个游离的磷酸基团？1个磷酸基团与几个脱氧核糖相连？个磷酸基团与几个脱氧核糖相连？DNA双链中，连接两个配对碱基的是什么？双链中，连接两

15、个配对碱基的是什么？提示：提示：2个。个。提示：提示：1个磷酸基团与个磷酸基团与2个或个或1个脱氧核糖相连。个脱氧核糖相连。提示：氢键。提示：氢键。环节二：DNA的结构（思路一）1个脱氧核糖与几个磷酸相连？个脱氧核糖与几个磷酸相连？双链双链DNA的平面结构和双螺旋结构哪个更的平面结构和双螺旋结构哪个更稳定？稳定？提示：提示：1个脱氧核糖与个脱氧核糖与2个或个或1个磷酸相连。个磷酸相连。提示：双螺旋结构更稳定。提示：双螺旋结构更稳定。环节二：DNA的结构（思路一）碱基互补配对原则碱基互补配对原则美国科学家鲍林进一步完善了美国科学家鲍林进一步完善了DNA双螺旋结构模型，指出存在于鸟嘌双螺旋结构模型

16、，指出存在于鸟嘌呤和胞嘧啶之间的是呤和胞嘧啶之间的是3个氢键，而个氢键，而不同于腺嘌呤和胸腺嘧啶之间的不同于腺嘌呤和胸腺嘧啶之间的2个氢键。个氢键。氢键越多，结构越稳定，即含氢键越多，结构越稳定，即含GC碱基对的比例越大，碱基对的比例越大，DNA的结构的结构越稳定。越稳定。环节二：DNA的结构（思路二）阅读教材相关内容，了解阅读教材相关内容，了解DNA 分子独特的双螺旋结构，并整理成表格。分子独特的双螺旋结构，并整理成表格。环节二：DNA的结构（思路二）结合结合DNA的平面结构和空间结构示意图，讨论解决问题。的平面结构和空间结构示意图，讨论解决问题。1.DNA的基本单位是脱的基本单位是脱氧核苷

17、酸，有同学说图氧核苷酸，有同学说图中构成一个脱氧中构成一个脱氧核苷酸，有同学说核苷酸，有同学说也是一个脱氧核也是一个脱氧核苷酸，这两种观点是否苷酸，这两种观点是否正确？正确？环节二：DNA的结构（思路二）2.DNA是由两条脱氧核是由两条脱氧核苷酸长链构成的，如何苷酸长链构成的，如何确定一条脱氧核苷酸链确定一条脱氧核苷酸链的两端？的两端？两条单链的方两条单链的方向是否相同？向是否相同？结合结合DNA的平面结构和空间结构示意图，讨论解决问题。的平面结构和空间结构示意图，讨论解决问题。环节二：DNA的结构（思路二）3.DNA的基本骨架是由的基本骨架是由什么构成的？什么构成的？DNA的内的内部碱基是如

18、何配对的？部碱基是如何配对的？结合结合DNA的平面结构和空间结构示意图，讨论解决问题。的平面结构和空间结构示意图，讨论解决问题。环节二：DNA的结构（思路二）4.每个每个DNA分子中有几分子中有几个游离的磷酸基团？个游离的磷酸基团？磷磷酸数酸数 脱氧核糖数脱氧核糖数 含含氮碱基数的比例是多少？氮碱基数的比例是多少？结合结合DNA的平面结构和空间结构示意图，讨论解决问题。的平面结构和空间结构示意图，讨论解决问题。环节二：DNA的结构（思路二）5.DNA中所有的脱氧中所有的脱氧核糖都连着两个磷酸核糖都连着两个磷酸基团吗？基团吗？结合结合DNA的平面结构和空间结构示意图，讨论解决问题。的平面结构和空

19、间结构示意图，讨论解决问题。环节二：DNA的结构（思路二）6.DNA分子中碱基对的分子中碱基对的种类影响种类影响DNA的稳定的稳定性吗？性吗？结合结合DNA的平面结构和空间结构示意图，讨论解决问题。的平面结构和空间结构示意图，讨论解决问题。环节二：DNA的结构（思路二）1.数量关系数量关系每个每个DNA分子中，游离的磷酸基团有两个；分子中，游离的磷酸基团有两个；AT碱基对有两个氢键，碱基对有两个氢键，GC碱基对有三个氢键；脱氧核糖数碱基对有三个氢键；脱氧核糖数=磷酸数磷酸数=含氮碱基数。含氮碱基数。环节二：DNA的结构（思路二）2.位置关系位置关系单链中相邻的碱基通过脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖连

20、接；单链中相邻的碱基通过脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖连接；互补链中相邻的碱基通过氢键连接。互补链中相邻的碱基通过氢键连接。环节二：DNA的结构（思路二）3.化学键化学键氢键：连接互补链中的相邻碱基。氢键：连接互补链中的相邻碱基。磷酸二酯键：连接单链中相邻的两个脱氧核苷酸。磷酸二酯键：连接单链中相邻的两个脱氧核苷酸。环节三：DNA的结构特点DNA 只含有只含有4 种脱氧核苷酸，它为什么能够储存足够种脱氧核苷酸，它为什么能够储存足够量的遗传信息？量的遗传信息？提示：提示：DNA虽然只含有虽然只含有4种脱氧核苷酸，但是碱基的种脱氧核苷酸，但是碱基的排列顺序是千变万化的。碱基排列顺序的千变万化，排列顺序是

21、千变万化的。碱基排列顺序的千变万化，使使DNA储存了大量的遗传信息。储存了大量的遗传信息。环节三：DNA的结构特点1.多样性：碱基对的数量不同、排列顺序千变万化。多样性：碱基对的数量不同、排列顺序千变万化。在生物体内，一个最短的在生物体内，一个最短的DNA分子也大约有分子也大约有4 000个碱个碱基对，碱基对有基对，碱基对有AT、TA、GC、CG4种。试种。试计算含有计算含有4 000个碱基对的个碱基对的DNA分子有多少种。分子有多少种。提示：有提示：有44 000种。种。环节三：DNA的结构特点人的基因组约含有人的基因组约含有31.6亿个碱基对，人的亿个碱基对，人的DNA分子有分子有多少种排

22、列方式？多少种排列方式？提示：提示：43 160 000 000种。种。环节三：DNA的结构特点2.特异性：每个特异性：每个DNA分子中碱基对的特定排列顺序，分子中碱基对的特定排列顺序，构成了构成了DNA分子的特异性。分子的特异性。DNA可以像指纹一样用来识别身份，这种方法就是可以像指纹一样用来识别身份，这种方法就是DNA指纹技术。阅读教材中的指纹技术。阅读教材中的“科学科学技术技术社会社会”，思考：如何获得思考：如何获得DNA指纹图？指纹图？该技术有哪些应用？该技术有哪些应用？环节三：DNA的结构特点在现代刑侦领域中，在现代刑侦领域中，DNA指纹技术发挥着越来越重要的作用。指纹技术发挥着越来

23、越重要的作用。只需要一滴血、精液或是一根头发等样品，刑侦人员就可以进只需要一滴血、精液或是一根头发等样品，刑侦人员就可以进行行DNA指纹鉴定。你能从下面的指纹鉴定。你能从下面的DNA指纹图判断出怀疑对象中指纹图判断出怀疑对象中谁是罪犯吗？谁是罪犯吗？环节三：DNA的结构特点3.稳定性稳定性回顾回顾DNA分子的结构，分子的结构，DNA是如何维系它的遗传稳是如何维系它的遗传稳定性的？定性的？（1）靠）靠DNA碱基对之间的氢键维系两条链的偶联。碱基对之间的氢键维系两条链的偶联。（2）在）在DNA的双螺旋结构中，由于碱基对平面之间相的双螺旋结构中，由于碱基对平面之间相互靠近，形成了与碱基对平面垂直方向

24、上的相互作用力。互靠近，形成了与碱基对平面垂直方向上的相互作用力。核心总结1.如图为某如图为某DNA分子片段示意图，下列有关叙述错误的是（分子片段示意图，下列有关叙述错误的是（）A.图中是构成图中是构成DNA分子的基本单位分子的基本单位B.图中和为嘧啶，图中和为嘧啶，和为嘌呤和为嘌呤C.和交替排列构成和交替排列构成DNA分子的基本骨架分子的基本骨架D.DNA分子中碱基对越多，其热稳定性越低分子中碱基对越多，其热稳定性越低课堂练习AB2.DNA双螺旋结构模型的提出是双螺旋结构模型的提出是20世纪自然科学的伟大成就之一。世纪自然科学的伟大成就之一。下列研究成果中，为该模型构建提供主要依据的是下列研

25、究成果中，为该模型构建提供主要依据的是 （）赫尔希和蔡斯证明赫尔希和蔡斯证明DNA是遗传物质是遗传物质富兰克林等拍摄的富兰克林等拍摄的DNA衍射图谱衍射图谱查哥夫发现的查哥夫发现的DNA 中嘌呤含量与嘧啶含量相等中嘌呤含量与嘧啶含量相等鲍林及其同事用鲍林及其同事用X射线衍射技术率先解出了蛋白质的二级结构射线衍射技术率先解出了蛋白质的二级结构A.B.C.D.B课堂练习3.下列有关核下列有关核DNA结构的叙述，错误的是结构的叙述，错误的是 （）A.核核DNA的一条单链中相邻的碱基是通过氢键连接的的一条单链中相邻的碱基是通过氢键连接的B.DNA分子中分子中C和和G所占比例越大，结构越稳定所占比例越大，结构越稳定C.组成组成DNA的碱基排列在内侧，互补链间的碱基配对有一定的规律性的碱基排列在内侧，互补链间的碱基配对有一定的规律性D.双链双链DNA分子中，磷酸数分子中，磷酸数 脱氧核糖数脱氧核糖数 含氮碱基数含氮碱基数=1 1 1A课堂练习谢谢！